專利名稱：三維成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提供圖像數(shù)據(jù)的方法和裝置，從所述圖像數(shù)據(jù)可生成目標(biāo)對象的圖像。尤其是，雖然不是排他的，本發(fā)明的實施例涉及用于獲得圖像數(shù)據(jù)的方法和裝置，從所述圖像數(shù)據(jù)可生成目標(biāo)對象的三維圖像。
背景技術(shù)：
就所有目的而言，通過引用結(jié)合在此的本申請人的專利W02005/106531公開了一種用于提供圖像數(shù)據(jù)的方法，可用于基于若干衍射圖案的測量的強度來構(gòu)造對象的圖像。這種方法被稱為重疊關(guān)聯(lián)迭代引擎(PIE)。在PIE中，迭代相位恢復(fù)算法被用于確定波場通過對象時或被對象反射時由該對象引起的對波場的吸收和相變的估計。此方法使用多個衍射圖案中的冗余來確定所述估計。就所有目的而言，通過引用結(jié)合在此的本申請人的專利W02010/064051公開了一種增強的PIE (ePIE)方法，其中沒有必要知道或估計探測函數(shù)。取而代之，公開了這樣一個過程，其中使用被利用來確定與目標(biāo)對象相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)函數(shù)的運行估計的探測函數(shù)的運行估計，逐步地迭代計算探測函數(shù)。通過引用結(jié)合在此的本申請人的專利W02008/142360公開了一種三維成像方法。在該方法中，在照明光源下游多個平面處確定照明的復(fù)波場。通常，這些平面橫切對象。使用每個平面上的照明的知識，可執(zhí)行如在W02005/106531或W02010/064051中公開的迭代過程，以構(gòu)建在該平面處的對象的估計，由此可產(chǎn)生在該平面處的對象的圖像。通過為多個平面中的每個平面重復(fù)該迭代過程，可獲得對象的三維圖像。然而，已經(jīng)注意到 了一些問題，因為與毗鄰感興趣平面的平面(例如感興趣平面前面(上游)或后面(下游)的平面)相關(guān)的菲涅耳型條紋，使得用W02008/142360的方法產(chǎn)生的圖像復(fù)雜化。而且，該方法沒有考慮多重散射效應(yīng)。也就是說，它沒有考慮當(dāng)照明傳播通過對象時對象對于照明的影響，例如由于來自照明先前穿越的對象的上游層的散射導(dǎo)致的。本發(fā)明實施例的目的是至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個問題。


現(xiàn)在，僅作為示例的方式，參考附圖描述本發(fā)明的實施例，其中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的第一種方法；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的與圖2的方法相關(guān)聯(lián)的裝置；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的第二種方法；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的與圖4的方法相關(guān)聯(lián)的裝置；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的裝置；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明其他實施例的裝置；
圖8說明了根據(jù)本發(fā)明實施例確定成多個取向的對象的圖像數(shù)據(jù)；以及圖9進(jìn)一步說明了根據(jù)本發(fā)明實施例確定成多個取向的對象的圖像數(shù)據(jù)。
具體實施例方式在本發(fā)明的一些實施例中，在多個切片處確定照明波場。在每個切片處確定對象的估計。確定來自每個切片的出射波，作為照明與對象在該切片處相互作用的結(jié)果。出射波傳播到求和平面，該求和平面可以是也可以不是在其所在之處確定對象的估計的平面，其中確定合成波作為來自傳播到該平面的或者在該平面(其中總和場也是在其之處確定出射波的平面)處確定的多個波場的貢獻(xiàn)的結(jié)果。合成波傳播到檢測器的平面，在那里確定衍射圖案的估計。在反向傳播到在其之處將要確定對象的估計的每個切片之前，基于由檢測器測量的衍射圖案，校正估計的衍射圖案。基于反向傳播的波，更新對象的估計。迭代地執(zhí)行該方法，其中用每次迭代逐步地更新對象的多個估計。換句話說，在該方法的每次迭代過程中，連續(xù)地更新多個估計。有利地，這允許要考慮的各種平面之間的相互作用。在其他實施例中，在第一切片處確定照明波場，在該第一切片處將要確定對象的估計。確定來自該切片的出射波，并且該出射波傳播到在其之處將要確定對象的估計的另一切片。換句話說，來自先前切片的傳播的出射波被用作后續(xù)切片處的照明波場。可從后續(xù)切片確定出射波，并且對所有期望的感興趣切片重復(fù)該過程。在最后切片處，出射波被傳播到檢測器的平面。在檢測器平面處記錄的數(shù)據(jù)被用來調(diào)節(jié)在檢測器處計算的波的模數(shù)之后，該波被反向傳播到對象的最后切片或出口。以這樣的一種方式，即通過對象向回追蹤涉及多重散射的順序傳播，基于反向傳播的波，更新對象的估計和在對象內(nèi)傳播的波。

圖1說明了根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置100。裝置100適于提供對象30的三維圖像數(shù)據(jù)，雖然不是排他的，其可用于產(chǎn)生對象的至少區(qū)域的三維圖像數(shù)據(jù)。關(guān)于三維圖像數(shù)據(jù)，它意味著涉及對象30的多個切片的圖像數(shù)據(jù)，如切片31、32，它們橫切對象30。雖然示出了兩個切片31、32，可以設(shè)想圖像數(shù)據(jù)可涉及兩個以上的切片。尤其是，切片沿光軸50的方向可被隔開。雖然切片31、32示出為平面，應(yīng)理解，所述切片并不一定需要是平面，即是平坦的。切片31、32可以是其他形狀，如彎曲的。雖然在圖1中未示出，輻射源是輻射10的源，其落在聚焦裝置20上，例如一個或多個透鏡，使其照射目標(biāo)對象30的區(qū)域。這樣的照明不需要通過透鏡形成，但可以通過任何種類的光學(xué)裝置、光闌或源產(chǎn)生，只要所得到的撞擊在對象上的波基本是局限化的并且在它里面具有入射光束的角度分布，但可能是任意的角度。要理解的是，術(shù)語輻射應(yīng)被廣義地解釋。術(shù)語輻射包括各種波前。輻射包括來自輻射源的能量。這將包括電磁輻射，所述電磁輻射包含X-射線、發(fā)射的例如電子的粒子。其他類型的輻射包括聲輻射，例如聲波。這種輻射可以由波前函數(shù) dy)表示。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的那樣，這種波函數(shù)包括實部和虛部。這可以用波函數(shù)的模數(shù)和相位來表示。W(U》是的復(fù)共軛，并且+!Wx.yWrky)=ItMn)丨2，其中是強度，其對于波函數(shù)是可以測量的。聚焦裝置或透鏡20形成探測函數(shù)P(XJ),其被布置成選擇目標(biāo)對象30的區(qū)域用于調(diào)查。y)是在諸如切片31的平面上計算的該波場的復(fù)穩(wěn)定值?？梢詾槎鄠€切片31、32中的每個切片計算出相應(yīng)的探測函數(shù)。
因此，入射輻射10落在目標(biāo)對象30的上游側(cè)，并且在透射時被目標(biāo)對象30散射。目標(biāo)對象30對入射輻射可以是至少部分透明的。目標(biāo)對象30可能會或可能不會具有一些重復(fù)的結(jié)構(gòu)。另外，目標(biāo)對象30可以是全部或部分反射的，在這種情況下，基于反射的輻射測量散射圖案。在輻射與對象30相互作用之后，因此形成出射波#(U),這可以近似為一系列的透射率函數(shù)，如將要解釋的那樣。在本發(fā)明的實施例中，利用許多二維復(fù)透射率函數(shù) Λ χ,ν ，其中每一個對應(yīng)于沿光軸50的不同距離&處的對象內(nèi)的切片，如圖1中的例子31和32所示。在將對象30近似為兩個切片的情況下，則將會理解，第一切片31具有相關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)其與Z方向上的、在例如與對象30的前表面重合的平面33與平面34(例如在ζ方向上通過IYx, ri的半途)之間的光學(xué)勢1+.'江-1的積分相關(guān)。將會理解，在不平坦的表面之間，如曲面之間，也可以確定該積分。第二切片32具有相關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)，其類似地與Dx.,=的在ζ方向上的、從例如平面34至例如與對象30的后(下游)表面重合的平面35的積分相關(guān)。將會理解，在將對象30近似為一個系列的切片31、32時，這樣的切片31、32的位置以及在其上進(jìn)行積分的ζ的范圍可以任意選擇。可以假設(shè)，具有形成的O,iXll,每個這樣的二維傳遞函數(shù)模擬在其前表面33、34上改變?nèi)肷洳ǖ哪?shù)和相位的效果，比如說以便通過簡單的乘法給出在其后表面34、35 處的出射波使得=出射波函數(shù)r 是輻射從對象30的對應(yīng)切片(例如切片31或切片32)出射時的出射波函數(shù)。這種出射波PIxrl可至少部分地繼續(xù)傳播通過對象30，并且可形成一個或多個下游切片的探測函數(shù)。因此，對于第一切片31，將會理以及對于第二切片32，在一些實施例中，d+ν..ι 是傳播到第二切片32的P(x，y),或者在一些實施例中，是從第一切片31傳播到第二 切片的出射波|<. ΧP,其中下標(biāo)表示適當(dāng)?shù)那衅Ｗ罱K，來自末尾的或最后切片的出射波傳播36到檢測器40，以在衍射平面上形成衍射圖案其中 、r是檢測器40的平面中的二維坐標(biāo)。將會理解，如果檢測到散射輻射的衍射平面移動到更接近試樣，則將檢測到菲涅耳衍射圖案，而不是傅立葉衍射圖案，如下面所討論的那樣。在這樣的情況下，從出射波VU.11到衍射圖案Ψ Η, 1的傳播函數(shù)將是菲涅耳變換，而不是傅立葉變換。還將會理解，從出射波 / 到衍射圖案的傳播函數(shù)可包括其他物理裝置,可以使用其他變換對其進(jìn)行模擬。為了選擇將要被照射或探測的目標(biāo)對象30的區(qū)域，可以將透鏡20或光闌安裝在x/y平移臺上，該平移臺使探測函數(shù)相對于對象30移動。還將會認(rèn)識到，對象30相對于透鏡或光闌可移動。按位置的排列，可通過平移臺移動探測函數(shù)20。排列可以是柵格，其可以包括例如20 X 20個位置，盡管也可以使用其他數(shù)目的位置，此外，柵格可以不包括在X和y方向上相等數(shù)目的位置。還可以設(shè)想，排列可以是圓形或其他形狀，并且排列的每個位置可以包括相應(yīng)的偏差。檢測器40是合適的記錄設(shè)備，諸如CXD相機或類似的裝置，它允許記錄衍射圖案。該檢測器40允許檢測在衍射平面上的衍射圖案。檢測器40可以包括檢測器元件的陣列，如在CCD中。根據(jù)本發(fā)明第一實施例的方法200示出在圖2中，并參照圖3進(jìn)行討論。在本實施例中，在方法200的每一次迭代過程中，確定來自多個切片的出射波的運行估計，即以逐步的方式進(jìn)行更新，并且在被傳播到檢測器之前在平面處組合來自多個切片的出射波的運行估計。感興趣的對象30被分解成Ar個切片,/ = 1,2,3...見各位于處,如圖3所示，對于#=2，第一切片用附圖標(biāo)記340表示，第二切片用附圖標(biāo)記350表示。每個切片具有下述形式的相關(guān)聯(lián)的復(fù)值傳遞函數(shù):
權(quán)利要求
1.一種提供圖像數(shù)據(jù)的方法，所述圖像數(shù)據(jù)用于構(gòu)造三維目標(biāo)對象的區(qū)域的圖像，所述方法包括: 提供來自輻射源的、指向目標(biāo)對象的入射輻射； 檢測由所述目標(biāo)對象散射的輻射的強度；以及 確定所述目標(biāo)對象內(nèi)相應(yīng)多個切片中的每個切片的圖像數(shù)據(jù)，各自表示所述目標(biāo)對象內(nèi)相應(yīng)深度處目標(biāo)對象的一個或多個特征，其中通過迭代過程基于檢測的輻射的強度來確定所述圖像數(shù)據(jù)，其中逐步地更新多個切片中每個切片的圖像數(shù)據(jù)的運行估計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中基于第一表面和第二表面之間的對象的性質(zhì)的積分，確定每個切片的圖像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述對象的性質(zhì)是所述對象的光學(xué)勢或原子勢的其中之一。
4.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的方法，包括確定指示所述目標(biāo)對象的至少一個特征的每個切片的傳遞函數(shù)的運行估計。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，當(dāng)從屬于權(quán)利要求2或3時，其中所述傳遞函數(shù)基于所述表面之間的對象的性質(zhì)的積分。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中通過每個步驟重新估計傳遞函數(shù)，提高所述傳遞函數(shù)的運行估計的精度。
7.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的方法，包括至少響應(yīng)于在相對于所述目標(biāo)對象的第一位置和第二位置處檢測的所述輻射的強度，來提供所述圖像數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中使用柔和變化的透射率函數(shù)或照明函數(shù)，形成相對于所述目標(biāo)對象是可移動的第一位置和第二位置。
9.根據(jù)前述的任一項權(quán)利要求所述的方法，包括: 確定表示入射在所述多個切片中的每個切片上的入射輻射的一個或多個特征的探測函數(shù)； 基于與每個相應(yīng)切片相關(guān)聯(lián)的探測函數(shù)和傳遞函數(shù)，確定所述切片中的每個切片的出射波估計；以及 通過將每個出射波傳播到表面并且在該表面組合每個出射波，確定組合的出射波估計。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述探測函數(shù)表示與每個切片的深度相對應(yīng)的、在自由空間中傳播的入射輻射的估計。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，包括將組合的出射波從所述表面?zhèn)鞑サ剿鰴z測器以確定所述檢測器處的預(yù)期的散射圖案。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括根據(jù)檢測的強度，校正所述預(yù)期的散射圖案的至少一個特征。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，包括逆向傳播經(jīng)過校正的預(yù)期的散射圖案，以提供所述表面處的組合的出射波的更新估計。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括確定與每個切片相對應(yīng)的組合的出射波的更新估計的一部分，以及逆向傳播相應(yīng)的部分至每個切片。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括基于逆向傳播的相應(yīng)的部分，更新與每個相應(yīng)切片相關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15中的任何一項所述的方法，其中通過所述出射波的總和在所述表面處組合所述出射波。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，當(dāng)從屬于權(quán)利要求14或15時，其中通過減去從其他切片傳播到所述表面的出射波，來確定與每個切片相對應(yīng)的組合的出射波的部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中的任何一項所述的方法，包括基于組合的出射波的更新估計的逆向傳播的相應(yīng)的部分，更新在所述切片中的一個切片處的探測函數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任何一項所述的方法，包括: 確定表示第一切片上的入射輻射的一個或多個特征的探測函數(shù)； 基于與所述第一切片相關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)和探測函數(shù)，確定所述第一切片的第一出射波估計； 傳播所述第一出射波至第二切片，其中傳播的第一出射波形成所述第二切片的探測函數(shù)；以及 基于與所述第二切片相關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)和探測函數(shù)，確定所述第二切片的第二出射波估計。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括確定所述對象的一個或多個其他切片的探測函數(shù)和出射波估計。
21.根據(jù)權(quán)利要求 19或20所述的方法，包括將出射波從所述對象的最后切片傳播到所述檢測器，以確定所述檢測器處的預(yù)期的散射圖案。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，包括根據(jù)檢測的強度校正所述預(yù)期的散射圖案的至少一個特征。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，包括逆向傳播經(jīng)過校正的預(yù)期的散射圖案以提供來自所述最后切片的出射波的更新估計。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，包括基于所述出射波的更新估計，更新與所述最后切片相關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的方法，包括基于所述出射波的更新估計，更新入射在所述最后切片上的探測函數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，包括逆向傳播更新的探測函數(shù)至先前的切片，作為該切片的更新的出射波。
27.一種用于提供圖像數(shù)據(jù)的裝置，所述圖像數(shù)據(jù)用于生成目標(biāo)對象的至少一個區(qū)域的圖像，所述裝置包括: 輻射源，用于提供目標(biāo)對象處的入射輻射； 至少一個檢測器設(shè)備，用于檢測由所述目標(biāo)對象散射的輻射的強度；以及 處理器，所述處理器響應(yīng)于檢測的散射輻射的強度來提供圖像數(shù)據(jù)，其中所述處理器被配置成提供所述目標(biāo)對象內(nèi)相應(yīng)多個切片中的每個切片的圖像數(shù)據(jù)，各自表示所述目標(biāo)對象內(nèi)相應(yīng)深度處目標(biāo)對象的一個或多個特征，其中通過迭代過程基于檢測的輻射的強度來確定所述圖像數(shù)據(jù)，其中逐步地更新多個切片中的每個切片的圖像數(shù)據(jù)的運行估計。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述處理器被配置成執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求2至26中的任一項所述的方法。
29.一種計算機軟件，包括計算機可執(zhí)行指令，在被處理設(shè)備執(zhí)行時使所述處理設(shè)備執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至26中的任一項所述的方法。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計算機軟件，其中所述計算機可執(zhí)行指令被存儲在計算機可讀介質(zhì) 上。
全文摘要
一種提供圖像數(shù)據(jù)的方法，所述圖像數(shù)據(jù)用于構(gòu)造三維目標(biāo)對象的區(qū)域的圖像，該方法包括提供來自輻射源的、指向目標(biāo)對象的入射輻射，檢測由所述目標(biāo)對象散射的輻射的強度，以及確定所述目標(biāo)對象內(nèi)相應(yīng)多個切片中的每個切片的圖像數(shù)據(jù)，各自表示所述目標(biāo)對象內(nèi)相應(yīng)深度處目標(biāo)對象的一個或多個特征，其中通過迭代過程基于檢測的輻射的強度來確定所述圖像數(shù)據(jù)，其中逐步地更新多個切片中的每個切片的圖像數(shù)據(jù)的運行估計。
文檔編號A61B6/02GK103200870SQ201180045975
公開日2013年7月10日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月24日
發(fā)明者約翰·馬瑞斯·羅登伯格, 安德魯·梅登, 馬丁·漢弗萊 申請人:相位聚焦有限公司